高壓旋噴樁在建筑垃圾填埋區的工程實例

凌 海

（海南第一建設工程有限公司，海口 570216）

工程建造于廢棄的采石場，采石場留下較大的采石坑。坑中填充了各種建筑垃圾和生活垃圾。坑的底部存在大量已開采的塊石，塊石中又夾雜著碎磚或混凝土塊，整個石坑又被泥漿填充，坑頂部覆蓋了大量生活垃圾。坑深從2～10m不等。場地平整過程中對表層垃圾和部分泥漿進行了清理，回填部分素土后整平。

原設計考慮到場地的復雜性采用沖孔灌注樁作基礎，然而勘查反映地層中存在溶洞和土洞的情況給樁基礎施工帶來了更多不確定因素。在開始施工幾根設備房地下室沖孔灌注樁時就發生了嚴重的塌孔事故，沖孔錘被深埋在地下，該區域沖孔樁施工受阻，有待各方提出解決方案。經參建各方的討論，進行現場試驗分析，最終設計改用高壓旋噴樁地基處理的方案，進行施工取得了良好的效果。就此討論了在該區域進行高壓旋噴樁地基處理的整個流程。對試樁過程、設計參數取用、施工過程和檢測過程中應注意的問題進行了研究和討論。

1 工程概況

工程位于海口市東線瓊山華僑中學的南側，擬建一棟6層教學樓，教學樓部分設置一層地下室作為設備房和水箱。原設計采用沖孔灌注樁作基礎，樁長為4～24m，部分為端承樁部分為摩擦樁。上部為框架結構，基坑開挖深度約4.8m。由于開始沖孔樁施工時就產生了嚴重的塌孔現象，地下室基礎經修改設計后采用高壓旋噴樁復合地基進行施工。

1.1 工程地質及水文地質條件

場地地質條件極其復雜，大面積分布2～10m深采石坑；坑內又回填2～10m厚的泥漿、混凝土塊、碎磚石、生活垃圾等雜填土；坑內殘留的玄武巖厚度從不足1m到10余m。更為復雜的是中風化玄武巖層厚度不足夠大，又夾強風化巖層；巖層以下為土層，土層局部地段還分布土洞，地層極度不均勻。以下為旋噴樁施工區涉及的土層參數。

表1 巖土物理力學參數

地下水賦存于①層雜填土、①1層素填土、③層強風化玄武巖、④層中風化玄武巖、⑥層強風化玄武巖、⑦層中等風化玄武巖、⑦1層強風化玄武巖中，屬于孔隙潛水，透水性較強，主要接受大氣降水、生活污水及地下水的側向補給，②層粉質粘土夾碎石、⑤層粉質粘土夾碎石為相對隔水層。地下水穩定水位埋深為0.20～5.00m，地下水位年變幅約為1.50m。

1.2 樁基施工中存在的問題

由于地下室場地處為古采石坑，場地上層土體均為松散狀填土和建筑樁基施工排放的泥漿，土體自穩性極差，且土石混合體中巖石縫隙分布較廣。采用沖孔灌注樁施工過程中由泥漿護臂成孔，護臂泥漿在該地層中極易漏漿，漏漿后原成孔必然產生嚴重塌陷。在該區域外側進行沖孔樁施工必須經過多次塌孔、回填、復沖才能成樁，且成樁樁位和樁形較難保證，成樁混凝土超量達到一倍以上。進入該區域中部施工后雖經過多次復打樁進入20m深土層，但是一次劇烈的塌孔導致沖孔錘被埋，施工樁周邊3m范圍產生較深地陷，該區域沖孔樁施工無法繼續進行。由于沖孔樁塌孔事故各單位開始進行基礎選型討論。

2 基礎選型討論

2.1 工程現狀分析

該工程屬于“校安工程”新建校區，原定該校區2011年6月開工，2012年7月竣工，9月招生投入使用。沖孔樁施工停滯于2011年8月，導致整個教學樓施工無法繼續，原計劃工期嚴重受到影響。由于該工程為校安工程撥款，資金使用審批制度復雜而嚴格，因此基礎工程的任何變更應保持與原造價持平。基于以上原因參建各方進入新基礎選型的討論中，新基礎必須同時滿足質量要求、經濟要求、工期要求且必須施工可行。

2.2 基礎方案選型

2.2.1 大開挖換填

該方案分兩種做法：第一，挖除7m厚泥漿類填土，然后回填好土繼續沖孔樁施工；第二，進行大開挖換填至第8層粘土，預計開挖深度11m，該層土承載力特征值fak約150kPa，基本滿足上部結構需要。以上兩種方案均施工可行，但該場地鄰近居民樓，大開挖必然進行基坑支護。第一種方案基坑支護和成樁時間及費用均超過可承受范圍，第二方案基坑支護費用過高開挖風險過大，因此大開挖換填方案被否決。

2.2.2 鋼護筒灌注樁

該方案基本思路是采用機器成孔鋼護筒跟進的辦法施工，初步選用旋挖鉆機成孔。該方案施工技術復雜且經濟成本較高，旋挖鉆機需從廣東調運（2010年僅海口僑中隧道使用），若旋挖鉆機試樁失敗，經濟和工期風險較大。

以上兩種思路均難以達到該工程的要求，方案思路轉向地基處理。

2.3 高壓旋噴樁復合地基適應性分析

由于場地地層中含有極硬的大塊巖石和及軟的泥漿，根據《建筑地基處理技術規范》12.1.1條的描述，高壓噴射注漿法用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑或可塑性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基，其特性與該場地條件完全吻合。旋噴樁按工藝分為單管法、雙重管和三重管，該工程旋噴樁在基坑內施工，單管法樁徑較小，三重管機器較大不適合基坑內施工，因此考慮采用雙重管法施工。

從經濟角度考慮，原地下室共49條樁，平均20m長，φ800灌注樁每米單價約800元，總計78.4萬，而經過設計初步計算旋噴樁預計布置210條，每條有效長度12.5m，雙重管旋噴樁每米單價約310元，預計總費用約81.4萬，該方案初步認定可行。

從施工風險角度看，若旋噴樁強度達不到設計預期可采用單管法進行補樁施工。單管法機械設備調運方便造價相對較低，每米造價約190元，且施工速度快。采用旋噴樁作為地基處理方案不僅經濟和工期上可行且施工可補救性好，風險較低，但該地層復雜需要進行試樁才能確定設計方案保證工程質量。

3 高壓旋噴樁試樁

3.1 設計前試樁

根據《建筑地基處理技術規范》12.1.1條規定當土中含有較多的大粒徑塊石、大量植物根莖或有較高有機質時，應根據現場試驗結果確定其適應性。另外高壓旋噴注漿形成的加固體強度和范圍應根據現場試驗確定。最終目的是確定復合地基承載力特征值，而該值一般按照現場試驗和設計估算綜合確定，其中估算算式為

式中，fspk為復合地基承載力特征值，m代表面積置換率，Ra為單樁豎向承載力特征值，β為折減系數，fsk為樁間土承載力特征值。

式（1）中Ra單樁承載力特征值采用估算和現場試驗綜合確定，其中估算方法取下列兩式中較小值

式中，fcu為旋噴樁樁身抗壓強度，up為樁周長，qsi為樁身側阻力，qp為樁端土承載力特征值。

從以上設計過程可以看出，要較為準確的估計出復合地基承載力必須進行必要的試驗，而試樁就是為設計單位提供樁身強度、單樁承載力和旋噴樁直徑三個主要參數。設計單位參考試樁的成果對地基處理設計進行調整和確定。

通過試樁將進一步探明地質情況，確定合理的噴漿時間，確定攪拌下沉、提升速度和重復攪拌下沉，確定水泥摻量、灰漿稠度（水灰比）、工作壓力，檢驗施工設備及選定的施工工藝。

3.2 試樁施工參數

由設計院在地下室基礎范圍內現場指定3根樁樁位，樁端全斷面進入第8層粘土分別為2.5m、3m和3.5m，樁頂標高為現場地面以下1m處。試樁長度的差異主要考慮測試第8層粘土對樁承載力的影響為最終設計確定樁長提供依據。參考《建筑地基基礎施工質量驗收規范》相關規定和《地基處理手冊》（第三版龔曉楠編）中有關規定選取如下試樁參數和試樁設備進行施工。

表2 試樁施工參數表

表3 試樁設備選用表

3.3 試樁檢測

3.3.1 試樁結果

市檢測站對三根試樁進行了抽芯取樣試壓和單樁承載力試壓，結果為如下：

試樁單樁極限承載力均為1000kN，總沉降量約41mm，回彈量約0.61mm，樁身取樣強度平均值為5.9MPa。從3根試樁的檢測結果發現，決定單樁承載力的主要因素為樁身強度，進入第8層粘土的樁長對承載力不起決定性因素。三根試樁直徑均超過設計預計的0.8m，分別是0.9m、1.0m和1.1m，試樁形狀為近似圓形的不規則形狀。

3.3.2 試樁注意事項

旋噴樁在做單樁承載力試驗時應對其樁頭進行保護處理，具體做法是用混凝土做保護帽，混凝土內配置構造鋼筋，保護帽的高度和長寬尺寸均應大于樁徑。

在這里需要強調的是旋噴樁的取芯操作。由于常規取芯均采用XY－100型勘察小鉆機進行，操作人員所接觸的芯樣強度均在C10以上，操作人員采用水鉆法。旋噴樁樁芯強度均低于C10，且旋噴樁狀體的不均勻性導致其芯樣遇水易散開。基于這些特性就要求鉆機操作人員采用干鉆的方法取樣，且打磨試樣時同樣采用干法。由于干法制備的試樣受壓面粗糙，試驗時易造成劈裂而影響結果，所以試樣受壓面應用素土與水泥制備的拌合物抹平。

4 復合地基設計及施工

4.1 復合地基設計

設計根據試樁結果確定了關鍵參數，要求樁身強度大于3MPa，單樁承載力特征值大于470kN，復合地基承載力大于160kPa，樁徑大于800mm，樁距1.7m矩形布置。設計要求樁進入第8層粘土深度不小于2.5m，若遇巖石其厚度應大于2.3m，基坑底巖石面應低于旋噴樁頂1m，復合地基設置中砂褥墊層厚300mm。設計修改原基礎筏板配筋及厚度，厚度調整為450mm以增加基礎整體性。

4.2 復合地基施工注意事項

根據設計要求的參數結合試樁施工參數進行旋噴樁基礎施工。施工采用先開挖基坑的方法進行，基坑開挖距樁頂1m處開始旋噴樁施工，為穿越強風化巖層采用勘察鉆機引孔。由于旋噴樁施工和鉆機引孔會產生大量泥漿，旋噴樁施工過程會產生大量溢出水泥漿，基坑開挖時到施工面時整體形成坡度，將各種漿液排至預先設置好的排漿溝和集水坑中。

4.3 試樁樁位處理

由于試樁樁位現場確定，因此可能會對未來工程樁施工造成影響。采用咬合施工的方法進行工程樁施工，以消除試樁對樁位的影響。當設計樁心距試樁樁位距離小于200mm時采用補雙樁補樁法，其他情況采用三樁補樁法。

4.4 旋噴樁地基工程驗收

根據《建筑地基基礎施工質量驗收規范》的要求，高壓旋噴樁復合地基承載力應進行平板載荷試驗，檢測多樁復合地基承載力。圖5展示了該工程的試驗過程，最終地基處理結果效果良好。

5 結 語

高壓旋噴樁地基處理施工機械簡單，地層適應性廣，對復雜地基的處理效果顯著。該地基處理形式在設計、施工和檢測過程中需要各方配合才能取得預期的效果。旋噴樁復合地基施工前試樁試驗是非常重要的環節，試樁數據越詳細豐富，后續設計越貼近實際，施工風險和盲目性越小。

［1］龔曉楠.復合地基設計和施工指南［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［2］劉永超.地基處理實用技術［M］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［3］GB 5007—2002，建筑地基基礎設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2002.

［4］GB 50202—2002，建筑地基基礎施工質量驗收規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2002.

［5］JGJ 79—2002，建筑地基處理技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2002.